สถานะการชาร์จของแบตเตอรี่ลิเธียม

การวัดสถานะการชาร์จของลิเธียมไอออน (SoC)

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกนำมาใช้ซ้ำในการใช้งานที่หลากหลายเพื่อรับประกันการใช้งานแบตเตอรี่อย่างมีประสิทธิภาพและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) มีการจ้างงานBMS ล่าสุดมีความซับซ้อนและทำให้ค่าใช้จ่ายในแบตเตอรี่สูงขึ้นSoC โดยประมาณได้รับการปรับเทียบโดยใช้ความสัมพันธ์ของเส้นโค้ง Open Circuit Voltage (OCV) กับ SoC ที่ขับเคลื่อนด้วยเหตุการณ์ดั้งเดิมการเปรียบเทียบระบบที่ประดิษฐ์ขึ้นนั้นทำขึ้นกับระบบดั้งเดิมผลลัพธ์แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่เหนือกว่าลำดับที่สามของระบบที่นำเสนอในแง่ของอัตราขยายการบีบอัดและประสิทธิภาพการคำนวณ ในขณะที่รับประกันความแม่นยำในการประมาณค่า SoC แบบอะนาล็อก

ความหมายและการจำแนกประเภทของการประเมิน SOC

SOC เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดสำหรับแบตเตอรี่ แต่คำนิยามของมันนำเสนอปัญหาที่แตกต่างกันมากมายโดยทั่วไป SOC ของแบตเตอรี่ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของความจุปัจจุบัน () ต่อความจุเล็กน้อย ()ผู้ผลิตกำหนดความจุเล็กน้อยและแสดงถึงจำนวนประจุสูงสุดที่สามารถเก็บไว้ในแบตเตอรี่SOC สามารถกำหนดได้ดังนี้:

สถานะของค่าใช้จ่าย (SoC) คือระดับประจุของแบตเตอรี่ไฟฟ้าที่สัมพันธ์กับความจุของแบตเตอรี่หน่วยของ SoC คือจุดเปอร์เซ็นต์ (0% = ว่างเปล่า 100% = เต็ม)รูปแบบทางเลือกของมาตรการเดียวกันคือความลึกของการปล่อย (DoD) ค่าผกผันของ SoC (100% = ว่าง; 0% = เต็ม)

มีหลายวิธีในการรับการวัดสถานะของประจุลิเธียมไอออน (SoC) หรือ ความลึกของการปล่อย (DoD) สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมบางวิธีค่อนข้างซับซ้อนในการดำเนินการและต้องใช้อุปกรณ์ที่ซับซ้อน (อิมพีแดนซ์สเปกโทรสโกปีหรือมาตรวัดไฮโดรมิเตอร์สำหรับแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด)

เราจะให้รายละเอียดเกี่ยวกับวิธีการทั่วไปและง่ายที่สุดสองวิธีในการประมาณสถานะการชาร์จของแบตเตอรี่: วิธีแรงดันไฟฟ้า หรือ แรงดันวงจรเปิด (OCV ) และวิธีนับคูลอมบ์

1/ การประมาณ SoC โดยใช้วิธี Open Circuit Voltage (OCV)

แบตเตอรี่ทุกประเภทมีสิ่งหนึ่งที่เหมือนกัน: แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วแบตเตอรี่จะลดลงหรือเพิ่มขึ้นขึ้นอยู่กับระดับประจุแรงดันไฟฟ้าจะสูงสุดเมื่อชาร์จแบตเตอรี่จนเต็ม และต่ำสุดเมื่อแบตเตอรี่หมด

ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าและ SOC นี้ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ใช้โดยตรงดังตัวอย่าง แผนภาพด้านล่างเปรียบเทียบกราฟการคายประจุระหว่างแบตเตอรี่ตะกั่วและแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

จะเห็นได้ว่าแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดมีเส้นโค้งที่ค่อนข้างเป็นเส้นตรง ซึ่งช่วยให้สามารถประเมินสถานะของประจุไฟฟ้าได้ดี: สำหรับแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ จะสามารถประมาณค่าของ SoC ที่เกี่ยวข้องได้อย่างค่อนข้างแม่นยำ

อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีเส้นโค้งการคายประจุที่ราบเรียบกว่ามาก ซึ่งหมายความว่าในช่วงการทำงานที่กว้าง แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วแบตเตอรี่จะเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยมาก

เทคโนโลยีลิเธียมไอรอนฟอสเฟตมีกราฟการคายประจุที่สม่ำเสมอที่สุด ซึ่งทำให้การประเมินค่า SoC จากการวัดแรงดันไฟฟ้าอย่างง่ายทำได้ยากมากอันที่จริง ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างค่า SoC สองค่าอาจน้อยมากจนไม่สามารถประเมินสถานะของประจุได้อย่างแม่นยำ

แผนภาพด้านล่างแสดงให้เห็นว่าความแตกต่างของการวัดแรงดันไฟฟ้าระหว่างค่า DoD ที่ 40% และ 80% นั้นอยู่ที่ประมาณ 6.0V สำหรับแบตเตอรี่ 48V ในเทคโนโลยีตะกั่วกรด ในขณะที่มีค่าเพียง 0.5V สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม-เหล็ก-ฟอสเฟต!

อย่างไรก็ตาม ตัวบ่งชี้การชาร์จที่ปรับเทียบแล้วสามารถใช้ได้เฉพาะกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปและแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตโดยเฉพาะการวัดที่แม่นยำ ควบคู่กับกราฟโหลดแบบจำลอง ช่วยให้การวัด SoC มีความแม่นยำ 10 ถึง 15%

2/ การประมาณค่า SoC โดยใช้วิธีนับคูลอมบ์

ในการติดตามสถานะการชาร์จเมื่อใช้แบตเตอรี่ วิธีที่ใช้งานง่ายที่สุดคือติดตามกระแสไฟโดยการรวมแบตเตอรี่ระหว่างการใช้งานเซลล์การผสานรวมนี้จะให้จำนวนประจุไฟฟ้าที่ฉีดเข้าหรือถอนออกจากแบตเตอรี่โดยตรง จึงทำให้สามารถวัดค่า SoC ของแบตเตอรี่ได้อย่างแม่นยำ

ซึ่งแตกต่างจากวิธี OCV วิธีนี้สามารถตรวจสอบวิวัฒนาการของสถานะการชาร์จระหว่างการใช้แบตเตอรี่ไม่จำเป็นต้องพักแบตเตอรี่เพื่อทำการวัดที่แม่นยำ

เคาน์เตอร์คูลอมบ์

แม้ว่าการวัดกระแสจะดำเนินการโดยตัวต้านทานที่มีความแม่นยำ แต่อาจเกิดข้อผิดพลาดเล็กน้อยในการวัด ซึ่งเกี่ยวข้องกับความถี่ในการสุ่มตัวอย่างเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดเล็กน้อยเหล่านี้ ตัวนับคูลอมบ์จะถูกปรับเทียบใหม่ในแต่ละรอบการโหลด

ลิเธียมไอออน สถานะของค่าใช้จ่าย (SoC) การวัดที่ทำโดยการนับคูลอมบ์ทำให้มีข้อผิดพลาดในการวัดน้อยกว่า 1% ซึ่งช่วยให้สามารถบ่งชี้พลังงานที่เหลืออยู่ในแบตเตอรี่ได้อย่างแม่นยำมากไม่เหมือนกับวิธี OCV การนับคูลอมบ์ไม่ขึ้นอยู่กับความผันผวนของพลังงานแบตเตอรี่ (ซึ่งทำให้แรงดันแบตเตอรี่ลดลง) และความแม่นยำจะคงที่โดยไม่คำนึงถึงการใช้งานแบตเตอรี่